устройство для питания двигателя внутреннего сгорания

Формула изобретения

Устройство для питания двигателя внутреннего сгорания, содержащее корпус, циклонный гомогенизатор, ультразвуковой вибратор, теплообменник, форсунки для подачи газового и жидкого топлива, топливный насос, сообщенный с соответствующей форсункой, входящей в полость гомогенизатора через актюатор и соответствующий змеевик теплообменника, электронный блок управления, газовый редуктор, установленный в магистрали подачи газового топлива, и дозирующую иглу, кинематически связанную с воздушным дозатором, отличающееся тем, что все виды жидких топлив подаются через одну форсунку, связанную с основным топливным насосом через актюатор, газовое топливо подается через вторую форсунку, связанную с газовым редуктором через актюатор, ультразвуковой вибратор установлен в корпусе гомогенизатора, на выходе в проточный канал корпуса устройства из корпуса гомогенизатора установлена дозирующая игла, подключенная к электронному блоку управления и педали газа, а в выходном патрубке проточного канала установлен дополнительный ультразвуковой вибратор.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению, а именно к устройствам питания двигателей внутреннего сгорания (ДВС).

Известен способ приготовления топливовоздушной смеси (ТВС) для ДВС по заявке РФ N 93006311, МПК F 02 M 27/08, 1995,устройство для реализации которого содержит корпус, расположенную в канале заслонку, основной топливный насос, дозатор, форсунку, ультразвуковой вибратор, генератор импульсов и связанный с заслонкой и генератором импульсов блок управления, циклонный гомогенизатор, теплообменник и по меньшей мере два дополнительных насоса и форсунки для подачи газового и дополнительного топлива. Каждый топливный насос сообщен с соответствующей форсункой, входящей в полость гомогенизатора через соответствующий змеевик теплообменника, и дозатор. Ультразвуковой (УЗВ) вибратор установлен в корпусе гомогенизатора, на выходе в проточный канал из полости гомогенизатора установлена дозирующая игла, кинематически связанная с заслонкой и подключенная к блоку управления.

Однако этот способ и устройство для его реализации имеют следующие недостатки.

Использование в гомогенизаторе трех и более форсунок требует установки в автомобиле дополнительных, кроме штатной, емкостей для дополнительных топлив, трубопроводов и топливных насосов.

Топливная смесь после прохождения сквозь дозирующе-запирательное отверстие подвергается частичной агрегации частиц топлива или топливной смеси.

Образование ТВС в выходном патрубке происходит спонтанно с хаотическим смешением топливной смеси с воздухом, при этом компоненты топлив с высокой температурой кипения могут образовывать небольшую топливную пленку на стенках выходного патрубка проточного канала.

Задачей изобретения является повышение точности дозирования топлива, улучшение распыла топлива и топливовоздушной смеси, обеспечение одномоментного распыла и смешения двух видов топлива, увеличение ресурса каталитических дожигателей за счет более полного сжигания топлива и контроль состава экологически более чистого выхлопа.

Поставленная задача решается тем, что устройство для питания двигателя внутреннего сгорания содержит корпус, циклонный гомогенизатор, ультразвуковой вибратор, теплообменник, форсунки для подачи газового и жидкого топлива, топливный насос, сообщенный с соответствующей форсункой, входящей в полость гомогенизатора через актюатор и соответствующий змеевик теплообменника, электронный блок управления, газовый редуктор, установленный в магистрали подачи газового топлива, и дозирующую иглу, кинематически связанную с воздушным дозатором, все виды жидких топлив подаются через одну форсунку, связанную с основным топливным насосом через актюатор, газовое топливо подается через вторую форсунку, связанную с газовым редуктором через актюатор, ультразвуковой вибратор установлен в корпусе гомогенизатора, на выходе в проточный канал корпуса устройства из корпуса гомогенизатора установлена дозирующая игла, подключенная к электронному блоку управления и педали газа, а в выходном патрубке проточного канала установлен дополнительный ультразвуковой вибратор.

На фиг. 1 представлено в общем виде предлагаемое устройство (с частичным разрезом); на фиг. 2 - его поперечные сечения на уровне воздушного дозатор (А-А) и полости наклонного гомогенизатора (Б-Б); на блок-схеме фиг. 3 - функциональная схема электронной системы регулирования.

Предлагаемое устройство состоит из следующих основных деталей: корпуса 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками, сообщенными с проточным каналом 4. В стенке корпуса 1 находится теплообменник 5, подогреваемый жидкостью из системы охлаждения 6 ДВС. В полости теплообменника 5 находятся два трубчатых змеевика 7. К одному из змеевиков 7 подключен топливный насос для жидких топлив (на фиг. 1 не показан). К другому змеевику 7 подключен баллон со сжиженным нефтяным газом (СНГ). На выходе змеевиков находятся актюаторы 8, соединенные с форсунками 9, входящими во внутреннюю полость гомогенизатора 11. Для предотвращения образования паро-жидкостной фазы в системе бензопитания (до актюатора 8) может быть предусмотрен байпасс с терморегулятором на 70^oC. Выход одного из змеевиков 7 соединен через фильтр 12 с газовым редуктором 13, который через актюатор 8 соединен с одной из форсунок 9, также входящей во внутреннюю полость 10 гомогенизатора 11. Гомогенизатор 11 выполнен в виде плоского цилиндрического корпуса, на дне которого находится пьезокерамический УЗВ вибратор 14, расположенный на эластичной прокладке 15 и имеющей центральное отверстие 16, в котором размещается острие дозирующей иглы 17, а в дне гомогенизатора 11 имеется дозирующе-запирательное отверстие 18 для острия иглы 17. Дозирующая игла для вращательного и поступательного перемещений располагается в уплотняющих втулках 19 и через муфту полужесткой связи 20 кинематически соединена с воздушным дозатором 21.

К электронному блоку управления (ЭБУ) 22 подключены актюаторы 8; через сервопривод (на фиг. 3 не показан) подключен воздушный дозатор 21; терморезистор 23 теплообменника 5; электронный регулятор зажигания 24; УЗВ генератор 25, соединенный с УЗВ вибратором 14; датчик положения дозирующей иглы 26 (на фиг. 3 не показан), соединенный с педалью газа 27; датчик 28 (на фиг. 3 не показан) открытия воздушного дозатора 21; - зонд (на фиг. 3 не показан); датчик детонации 30 (на фиг. 3 не показан), а также указатели наличия топлив 31; система автоматической подстройки 32 частоты УЗВ генератора 25 соединяет УЗВ вибратор 14 с УЗВ генератором 25. К нему подключен также дополнительный УЗВ вибратор 33, установленный в выходном патрубке 3 и выполненный в виде полого цилиндра.

Электронный блок управления ЭБУ 22 выполнен в виде цифровой ЭВМ. Он подразделяется на блок ввода, блок обработки данных и блок вывода и имеет микропроцессор, работающий с шириной слова в 8 бит. В блок ввода поступают сигналы от датчиков (угол открытия воздушного дозатора 21, терморезистор 23, датчик положения дозирующей иглы 26, -зонд 29, указатели наличия топлив 31, величина частоты вращения вала ДВС), производится аналого-цифровое преобразование этих сигналов. Блок обработки данных представлен в обычном исполнении и состоит из центрального процессора и основной памяти, подразделяющейся на постоянное запоминающее устройство с емкостью памяти 4 килобайт и запоминающее устройство с произвольной выборкой емкостью 3 килобайт.

Устройство работает следующим образом: перед запуском ДВС указатели наличия топлив 31 в ЭБУ 22 вводится информация в виде сигналов электрического тока переменной величины о количестве имеющихся в баке автомобиля и газовом баллоне топлив (запуск возможен при наличии, как минимум бензина либо газа или их сочетаний с дополнительным топливом). ЭБУ 22 регулирует их необходимое процентное соотношение для получения оптимального октанового числа необходимой для запуска ТВС и ее количество по программе, заложенной в ЭБУ 22, а также устанавливает дозирующую иглу 17 и кинематически связанный с ней воздушный дозатор в положение, необходимое для прохождения оптимального количества ТВС.

В начальный момент при запуске холодного ДВС соответствующим насосом и через газовый редуктор 13 через холодный теплообменник 5 одно или два топлива в количествах, определяемых программой, находящейся в ЭБУ 22 и с учетом сигналов от датчика детонации 30 подается в циклонный гомогенизатор 11 или испарения и гомогенизации под действием УЗВ вибратора 14, работающего при близкой и максимальной мощности генератора 25 и регулируемой электрическим сигналом от терморезистора 23 через ЭБУ 22. В таких условиях то небольшое количество топлива на их смеси, необходимое для холостого хода ДВС, испаряется на поверхности вибратора 14 вследствие УЗВ кавитации и гомогенизируется вследствие вихревого движения топлива или их смеси в полости 10 гомогенизатора 11. В результате многократного циклического воздействия УЗВ колебаний на топливо (или смесь топлив) образуется мелкодисперсная взвесь. Испаренное и гомогенизированное топливо через игольчатый дозатор 17+18 распыляется в выходном патрубке 3 проточного канала 4, где и происходит при смешении с воздухом образование гомогенной ТВС с плотностью, необходимой для оптимального и равномерного наполнения всех цилиндров ДВС. Дополнительный УЗВ вибратор 33 обеспечивает принудительную и регулируемую гомогенизацию ТВС, устраняет частичную агрегацию частиц топливной смеси и предотвращает образование топливной пленки на стенках выходного патрубка 3. Количество всасываемого воздуха определяется углом открытия секторной заслонки воздушного дозатора 21, а информация об этой величине с помощью датчика 28 непрерывно вводится в ЭБУ 22. В первые же доли секунды после запуска ДВС сигналом от датчика детонации 30 изменяется момент зажигания и синхронно уменьшается количество топлива с наименьшим октановым числом в смеси. Далее ЭВМ постепенно увеличивает количество низкооктанового компонента смеси до повторного сигнала датчика детонации. В это же время сигналом от -зонда изменяется количество воздуха в ТВС. Так, по программе последовательных приближений ЭВМ подбирает оптимальный состав ТВС, а ее количество регулируется водителем с помощью педали газа воздействием на дозирующую иглу 17. Подобранное в ходе этого процесса соотношение топлив фиксируется в памяти ЭВМ. При последующих запусках ДВС это соотношение устанавливается автоматически соответствующим открытием актюаторов 8 и воздушного дозатора 21 в момент включения электрических цепей. Если производилось заполнение топливного бака другим видом топлива, то этот процесс автоматически начинается вновь до получения информации о новом оптимальном соотношении топлив, которое также фиксируется в памяти ЭВМ. Измерение количества всасываемого в цилиндры ДВС воздуха содержит достаточно информации о параметрах, влияющих на необходимое количество воздуха, поэтому число корректировочных параметров уменьшается (например, исключается система обогащения ТВС при разгоне автомобиля, а также экономайзер принудительного холостого хода (ЭППХ).

По мере прогрева жидкости в системе охлаждения ДВС и, соответственно в теплообменнике 5, сигналом электрического тока от терморезистора 23 через ЭБУ 22 снижается мощность электрического тока, выдаваемого генератором 25. При максимальной температуре охлаждающей жидкости (95-98^oC) мощность УЗВ генератора на режимах переменных нагрузок в каждый данный момент определяется количеством ТВС, потребляемой ДВС и регулируемой с помощью педали газа 27, перемещающей дозирующую иглу 17 и кинематически связанный с ней воздушный дозатор 21 с одновременной подачей сигналов от датчиков их положения 26 и 28 в ЭБУ 22. Так как УЗВ генератор 25 и УЗВ вибратор 14 работает в широком диапазоне отбираемых мощностей и с различным количеством топлива в полости 10 гомогенизатора 11, что изменяет резонансную частоту его корпуса, то может быть предусмотрена система электронной обратной связи 32 УЗВ вибратора 14 с УЗВ генератором 25 для синхронизации их частот и подстройки УЗВ генератора 25.

Наличие в устройстве теплообменника 5 с температурой его внутренней поверхности в режимах рабочих нагрузок 90-95^oC, а также дополнительного УЗВ вибратора 33, предотвращает вторичную конденсацию топлив и образование топливной пленки на стенках проточного канала 4.

В режиме принудительного холостого хода актюаторы 8 электрическим сигналом от ЭБУ 22 полностью перекрывает подачу топлива.

Предусмотрен электронный регулятор момента зажигания 24, необходимость в котором обусловлена изменяющейся октановым числом приготовляемой в гомогенизаторе 11 топливной смеси. Информация для этого процесса в виде сигналов электрического тока переменной величины получается от датчика детонации 30.

В предлагаемом устройстве могут использоваться, смешиваться и гомогенизироваться следующие отдельные виды топлив или их смеси:

1. Бензины АИ-92 и А-76

2. Сжиженный нефтяной газ (СНГ)

3. СНГ + бензин А-65

4. СНГ + керосин

5. СНГ + бензин А-65 + керосин (в одном баке)

Могут быть использованы и другие смеси топлив, например: СНГ + альтернативные топлива (метанол, этанол, эфира растительных масел), СНГ + дизельное топливо, СНГ + дизохол, а также смеси природного газа (СНГ) с теми же топливами (при доработке предлагаемого устройства).

Полезный эффект устройства заключается в возможности сжигания различных видов жидкого топлива и СНГ (СПГ), а также их смесей в стандартном ДВС, предназначенном для работы на одном виде бензина. Это дает возможность использовать более дешевые виды топлив, а применение электронной системы управления позволяет получить экономический эффект от уменьшения количества расходуемого бензина и более дешевых видов топлив, что обусловлено точностью их дозировки и оптимальной гомогенизацией топливовоздушной смеси, что также обеспечивает экологически более чистый выхлоп. Электронный контроль полноты сжигания топливовоздушной смеси увеличивает также ресурс каталитических дожигателей топлива и фильтров.